Una composición acuosa que comprende partículas poliméricas orgánicas aniónicas y partículas coloidales aniónicas con base de sílice,

obteniéndose las partículas poliméricas orgánicas aniónicas mediante polimerización de uno o más monómeros insaturados etilénicamente con uno o más agentes de ramificación polifuncionales y o agentes de reticulación polifuncionales, estando presentes las partículas poliméricas orgánicas aniónicas y las partículas coloidales aniónicas con base de sílice en una cantidad de al menos 0,01% en peso, basado en el peso total de la composición acuosa, siendo las partículas coloidales aniónicas con base de sílice sílice, sílice modificada con aluminio o sílice modificada con amina y presentando una superficie específica dentro del intervalo de 300 a 1000 m2/g, encontrándose las partículas coloidales aniónicas con base de sílice contenidas en un sol que presenta un valor S dentro del intervalo de 12 a 45%, antes de mezclar con las partículas poliméricas orgánicas aniónicas

Composición acuosa.

La presente invención se refiere a una composición acuosa que comprende partículas poliméricas orgánicas aniónicas y partículas coloidales aniónicas con base de sílice, un método para la preparación de la composición, el empleo de la composición y un proceso para la producción de papel.

Antecedentes de la invención

En la técnica de fabricación de papel, se introduce una suspensión acuosa que contiene fibras celulósicas, rellenos opcionales y aditivos, denominada pasta papelera, en el interior de una caja de cabecera que libera la pasta papelera sobre una cinta sinfín de conformación. Se drena el agua de la pasta papelera a través de la cinta sinfín de conformación de forma que se da lugar a la formación de una red de papel húmeda sobre la cinta sinfín, red que posteriormente se somete a deshidratación en una sección de prensado y se seca en la sección de secado de la máquina de papel. De manera conveniente, se introducen coadyuvantes de drenaje y de retención en el interior de la pasta papelera, con el fin de facilitar el drenaje y aumentar la adsorción de las partículas sobre las fibras celulósicas, de manera que queden retenidas con las fibras sobre la cinta sinfín.

Las patentes de EE.UU. Nos 4.750.974 y 4.643.801 describen un aglutinante en fase coacervada para ser utilizado en un proceso de fabricación de papel. En primer lugar se añade almidón de patata catiónico al proceso y posteriormente se añade una mezcla aniónica que comprende un polímero aniónico y sílice. La mezcla contiene de 20:1 a 1:10 de polímero aniónico con respecto a sílice.

La patente de EE.UU. Nº 6.083.997 describe materiales nano-compuestos aniónicos, que se preparan añadiendo un polielectrolito a una disolución de silicato y posteriormente sometiendo a combinación con ácido silícico. Los materiales nano-compuestos muestran mejor retención y rendimiento de drenaje en los procesos de fabricación de papel.

La patente de EE.UU. Nº 5.167.766 describe un proceso de fabricación de papel en el que se emplea una micro-perla polimérica orgánica iónica junto con un polímero orgánico sintético o un polisacárido como coadyuvantes de retención y de drenaje.

La patente de EE.UU. Nº 5.700.893 describe un copolímero catiónico soluble en agua, que comprende un producto de reacción de N-vinilamida y una amina cuaternaria catiónica, útil como coadyuvante de drenaje/retención en las operaciones de pulpa de papel y de fabricación de papel.

La patente de EE.UU. Nº 5.958.188 describe un proceso para fabricar papel en el que en primer lugar se somete a floculación una suspensión celulósica con un polímero sintético catiónico o almidón catiónico y se somete a refloculación mediante la adición de un polímero aniónico ramificado soluble en agua.

Resultaría ventajoso poder proporcionar coadyuvantes de drenaje y de retención con rendimiento mejorado. También resultaría ventajosa la posibilidad de proporcionar coadyuvantes de retención y de drenaje con buena estabilidad de almacenamiento. Sería además ventajosa la posibilidad de proporcionar un proceso de fabricación de papel con rendimiento mejorado de drenaje y/o de retención.

Sumario de la invención

De acuerdo con la presente invención, se proporciona una composición acuosa que comprende partículas poliméricas orgánicas aniónicas y partículas coloidales aniónicas con base de sílice. Las partículas poliméricas orgánicas aniónicas se obtienen polimerizando uno o más monómeros insaturados etilénicamente con uno o más agentes de ramificación polifuncionales y/o con agentes de reticulación polifuncionales. Las partículas poliméricas orgánicas aniónicas y las partículas aniónicas coloidales con base de sílice de la composición acuosa están presentes en una cantidad de al menos 0,01% en peso, basado en el peso total de la composición acuosa.

También, de acuerdo con la invención, se proporciona un método para la preparación de la composición acuosa. Además se proporciona un proceso para la producción de papel a partir de una suspensión acuosa que contiene fibras celulósicas y de manera opcional rellenos. El proceso comprende añadir a la suspensión de fibra un polímero catiónico y la composición acuosa.

De acuerdo con la presente invención, también se proporcionan usos de la composición acuosa como agente de floculación y coadyuvante de retención y de drenaje. También se proporciona un papel que se puede obtener mediante el proceso de producción de papel a partir de una suspensión acuosa que contiene fibras celulósicas.

Descripción detallada de la invención

De acuerdo con la presente invención, de manera inesperada, se ha comprobado que es posible obtener una mejora en el drenaje y/o la retención durante la fabricación de papel mediante la utilización de partículas coloidales aniónicas con base de sílice en combinación con partículas poliméricas orgánicas aniónicas.

La expresión "coadyuvante de drenaje y de retención", según se emplea en la presente memoria, se refiere a uno o más componentes, que cuando se añaden a la suspensión celulósica acuosa, aportan un mejor drenaje y/o retención que la que se obtiene cuando no se añade ninguno de los citados uno o más componentes.

La composición acuosa de acuerdo con la invención comprende partículas poliméricas orgánicas aniónicas y partículas coloidales aniónicas con base de sílice. Es posible obtener las partículas poliméricas orgánicas aniónicas mediante polimerización de uno o más monómeros y de manera opcional uno o más monómeros capaces de formar homopolímeros o copolímeros. Los monómeros formadores de partículas poliméricas orgánicas aniónicas pueden formarse a partir de uno o más monómeros tales como monómeros insaturados etilénicamente que se escogen entre ácidos (met)acrílico, sulfonato de 2-acrilamido-2-metilpropano, (met)acrilato de sulfoetilo, ácido vinilsulfónico, ácidos sulfoalquil(met)acrílicos, estirenos sulfonados, ácidos dicarboxílicos insaturados, ácido maleico y otros ácidos dibásicos, sulfoalquil(met)acrilamidas, sales de dichos ácidos tales como sales alcalinas o de amonio y sus mezclas.

Las partículas poliméricas orgánicas aniónicas pueden formarse mediante polimerización de uno o más de los monómeros aniónicos anteriores con uno o más monómeros no iónicos tales como (met)acrilamidas, N-alquilacrilamidas tales como N-metilacrilamida, N,N-dialquilacrilamidas tales como N,N-dimetilacrilamida, acetato de vinilo, (met)acrilatos de alquilo tales como acrilato de metilo, metacrilato de metilo, acrilonitrilo, N-vinilmetilacetamida, N-vinilmetilformamida, acetato de vinilo o mezclas de N-vinil pirrolidona de cualquiera de los anteriores y similares. Los monómeros no iónicos insaturados etilénicamente pueden copolimerizarse como se menciona anteriormente para producir copolímeros aniónicos, preferiblemente se copolimeriza acrilamida con un monómero aniónico.

Las partículas pueden formarse a partir de un polímero aniónico reticulado y/o ramificado de monómeros aniónicos solos o copolimerizados con monómeros no iónicos. La polimerización de las partículas puede ocurrir mediante un agente de ramificación polifuncional y/o un agente de reticulación polifuncional, de manera opcional en presencia de un agente de transferencia de cadena. La polimerización de dichos monómeros para dar lugar a la formación de partículas resulta conocida a partir de las patentes de EE.UU. Nos. 5.961.840, 5.919.882, 5.171.808 y 5.167.766.

Agentes de ramificación o reticulación polifuncionales útiles comprenden compuestos que tienen al menos dos enlaces insaturados etilénicamente o al menos un enlace insaturado etilénicamente y al menos un grupo reactivo o al menos dos grupos reactivos.

Ejemplos de tales agentes apropiados que tienen al menos dos enlaces insaturados etilénicamente incluyen N,N-metilen-bis(met)acrilamida, di(met)acrilato de polietilenglicol, N-vinilacrilamida, divinilbenceno, sales de trialilamonio, N-metilailifacrilamida y similares.

Ejemplos de tales agentes apropiados que tienen al menos un enlace insaturado etilénicamente y al menos un grupo reactivo incluyen (met)acrilato de glucidilo, acroleina, metilolacrilamida y similares.

Ejemplos de agentes de ramificación o reticulación apropiados que tienen al menos dos grupos reactivos incluyen dialdehídos tales como glioxal, epicloridrina, compuestos diepoxi y similares.

De manera apropiada,...

1. Una composición acuosa que comprende partículas poliméricas orgánicas aniónicas y partículas coloidales aniónicas con base de sílice, obteniéndose las partículas poliméricas orgánicas aniónicas mediante polimerización de uno o más monómeros insaturados etilénicamente con uno o más agentes de ramificación polifuncionales y o agentes de reticulación polifuncionales, estando presentes las partículas poliméricas orgánicas aniónicas y las partículas coloidales aniónicas con base de sílice en una cantidad de al menos 0,01% en peso, basado en el peso total de la composición acuosa, siendo las partículas coloidales aniónicas con base de sílice sílice, sílice modificada con aluminio o sílice modificada con amina y presentando una superficie específica dentro del intervalo de 300 a 1000 m²/g, encontrándose las partículas coloidales aniónicas con base de sílice contenidas en un sol que presenta un valor S dentro del intervalo de 12 a 45%, antes de mezclar con las partículas poliméricas orgánicas aniónicas.

2. Un método para preparar una composición acuosa, que comprende mezclar partículas coloidales aniónicas con base de sílice con partículas poliméricas orgánicas aniónicas que se obtienen polimerizando uno o más monómeros insaturados etilénicamente con uno o más agentes de ramificación polifuncionales y/o agentes de reticulación polifuncionales, obteniéndose de este modo una composición acuosa que contiene partículas coloidales aniónicas con base de sílice y partículas poliméricas orgánicas aniónicas en una cantidad de al menos 0,01% en peso, basado en el peso total de la composición acuosa, siendo las partículas coloidales aniónicas con base de sílice sílice, sílice modificada con aluminio o sílice modificada con amina y presentando una superficie específica dentro del intervalo de 300 a 1000 m²/g, encontrándose las partículas coloidales aniónicas con base de sílice contenidas en un sol que presenta un valor S dentro del intervalo de 12 a 45%, antes de mezclar con las partículas poliméricas orgánicas aniónicas.

3. Un proceso para la producción de papel a partir de una suspensión acuosa que contiene fibras celulósicas, y de manera opcional rellenos, comprendiendo el proceso añadir a la suspensión de fibras un polímero catiónico y una composición acuosa que comprende partículas poliméricas orgánicas aniónicas y partículas coloidales aniónicas con base de sílice, obteniéndose las partículas poliméricas orgánicas aniónicas mediante polimerización de uno o más monómeros insaturados etilénicamente con uno o más agentes de ramificación polifuncionales y/o agentes de reticulación polifuncionales, estando presentes las partículas poliméricas orgánicas aniónicas y las partículas coloidales aniónicas con base de sílice en la composición acuosa en una cantidad de al menos 0,01% en peso, basado en el peso total de la composición acuosa, siendo las partículas coloidales aniónicas con base de sílice sílice, sílice modificada con aluminio o sílice modificada con amina y presentando una superficie específica dentro del intervalo de 300 a 1000 m2/g, encontrándose las partículas coloidales aniónicas con base de sílice contenidas en un sol que presenta un valor S dentro del intervalo de 12 a 45%, antes de mezclar con las partículas poliméricas orgánicas aniónicas.

4. La composición acuosa de acuerdo con la reivindicación 1, el método de acuerdo con la reivindicación 2, o el proceso de acuerdo con la reivindicación 3, que se caracteriza por que las partículas coloidales aniónicas con base de sílice se encuentran contenidas en un sol que presenta un valor S dentro del intervalo de 15 a 40%, antes de mezclar con las partículas poliméricas orgánicas aniónicas.

5. La composición acuosa de acuerdo con las reivindicaciones 1 ó 4, el método de acuerdo con las reivindicaciones 2 ó 4, o el proceso de acuerdo con las reivindicaciones 3 ó 4, que se caracteriza por que las partículas poliméricas orgánicas aniónicas presentan una carga de al menos 2 meq/g.

6. La composición acuosa de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1, 4 ó 5, el método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2, 4 ó 5 o el proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3, 4 ó 5, que se caracteriza por que las partículas poliméricas orgánicas aniónicas se encuentran contenidas en una dispersión.

7. La composición acuosa de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 4 a 6, el método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2 ó 4 a 6, o el proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, que se caracteriza por que la relación en peso de partículas coloidales aniónicas con base de sílice con respecto a partículas poliméricas orgánicas aniónicas varía de 20:1 a 1:50.

8. La composición acuosa de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 4 a 7, el método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2 ó 4 a 7 o el proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, que se caracteriza por que las partículas coloidales aniónicas con base de sílice son sílice.

9. La composición acuosa de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 4 a 7, el método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2 ó 4 a 7 o el proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, que se caracteriza por que las partículas coloidales aniónicas con base de sílice son sílice modificada con aluminio.

10. La composición acuosa de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 4 a 7, el método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2 ó 4 a 7 o el proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, que se caracteriza por que las partículas coloidales aniónicas con base de sílice son sílice modificada con amina.

11. La composición acuosa de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 4 a 10, el método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2 ó 4 a 10 o el proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 10, que se caracteriza por que las partículas poliméricas orgánicas aniónicas comprenden uno o más monómeros que se escogen entre ácidos (met)acrílicos, ácidos alquil (met)acrílicos, ácidos sulfoalquil (met)acrílicos, ácidos dicarboxílicos insaturados, estirenos sulfonados, sulfoalquil(met)acrilamidas, acrilamidas, N-alquil-acrilamidas, N,N-dialquil-acrilamidas, metacrilamidas, acetato de vinilo, acrilonitrilo, N-vinil metilacetamida y N-vinilpirrolidona y sales de dichos ácidos.

12. La composición acuosa de cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 4 a 11, el método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2 ó 4 a 11, o el proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 11, que se caracteriza por que el agente de ramificación polifuncional y/o el agente de reticulación polifuncional presenta al menos dos enlaces insaturados etilénicamente, un enlace insaturado etilénicamente y un grupo reactivo, o dos grupos reactivos.

13. Una composición acuosa que se obtiene por medio del método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2 ó 4 a 12.

14. Papel que se obtiene por medio del proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 12.

15. La utilización de la composición acuosa de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 4 a 13 como coadyuvante de drenaje y/o de retención para la producción de papel.